三極管,全稱應(yīng)為半導體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種電流控制電流的半導體器件·其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號, 也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管,是半導體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié),兩個PN結(jié)把整塊半導體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),排列方式有PNP和NPN兩種。
PNP與NPN兩種三極管各引腳的表示:
三極管引腳介紹
NPN三極管原理圖:
PNP三極管原理圖:
常見的三極管為9012、s8550、9013、s8050.單片機應(yīng)用電路中三極管主要的作用就是開關(guān)作用。
其中9012與8550為pnp型三極管,可以通用。
其中9013與8050為npn型三極管,可以通用。
區(qū)別引腳:三極管向著自己,引腳從左到右分別為ebc,原理圖中有箭頭的一端為e,與電阻相連的為b,另一個為c。箭頭向里指為PNP(9012或8550),箭頭向外指為NPN(9013或8050)。
①用指針式萬用表判斷基極 b 和三極管的類型:將萬用表歐姆擋置 “R &TImes; 100” 或“R&TImes;lk” 處,先假設(shè)三極管的某極為“基極”,并把黑表筆接在假設(shè)的基極上,將紅表筆先后接在其余兩個極上,如果兩次測得的電阻值都很小(或約為幾百歐至幾千歐 ),則假設(shè)的基極是正確的,且被測三極管為 NPN 型管;同上,如果兩次測得的電阻值都很大( 約為幾千歐至幾十千歐 ), 則假設(shè)的基極是正確的,且被測三極管為 PNP 型管。如果兩次測得的電阻值是一大一小,則原來假設(shè)的基極是錯誤的,這時必須重新假設(shè)另一電極為“基極”,再重復上述測試。
②判斷集電極c和發(fā)射極e:仍將指針式萬用表歐姆擋置 “R &TImes; 100”或“R &TImes; 1k” 處,以NPN管為例,把黑表筆接在假設(shè)的集電極c上,紅表筆接到假設(shè)的發(fā)射極e上,并用手捏住b和c極 ( 不能使b、c直接接觸 ), 通過人體 , 相當 b 、 C 之間接入偏置電阻 , 讀出表頭所示的阻值 , 然后將兩表筆反接重測。若第一次測得的阻值比第二次小 , 說明原假設(shè)成立 , 因為 c 、 e 問電阻值小說明通過萬用表的電流大 , 偏置正常。
③用數(shù)字萬用表測二極管的擋位也能檢測三極管的PN結(jié),可以很方便地確定三極管的好壞及類型,但要注意,與指針式萬用表不同,數(shù)字式萬用表紅表筆為內(nèi)部電池的正端。例:當把紅表筆接在假設(shè)的基極上, 而將黑表筆先后接到其余兩個極上, 如果表顯示通〈硅管正向壓降在 0.6V 左右 ), 則假設(shè)的基極是正確的 , 且被測三極管為 NPN 型管。 數(shù)字式萬用表一般都有測三極管放大倍數(shù)的擋位(hFE), 使用時 , 先確認晶體管類型 , 然后將被測管子 e 、b 、c三腳分別插入數(shù)字式萬用表面板對應(yīng)的三極管插孔中,表顯示出hFE 的近似值。
三極管是電流放大器件,有三個極,分別叫做集電極C,基極B,發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。
一、電流放大
下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示,我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的,所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話),并且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關(guān)系:集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射 極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那么根據(jù)電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大后的電壓信號了。
二、偏置電路
三極管在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當于一個二極管),基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管,常取0.7V)。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時,基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比 0.7V要小,如果不加偏置的話,這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時,基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時,小 信號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求,如果沒有加偏置,那么只有對那些增加的 信號放大,而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極 電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。
三、開關(guān)作用
下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖,因為受到電阻 Rc的限制(Rc是固定值,那么最大電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續(xù)增大 時,三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后,三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小,可以理解為 一個開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關(guān)使用:當基極電流為0時,三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止),相當于開關(guān)斷開;當基極電流很 大,以至于三極管飽和時,相當于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài),那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。
四、工作狀態(tài)
如果我們在上面這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那么當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) β),三極管就飽和,相當于開關(guān)閉合,燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加,那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。